SE416213B - Forfarande for framstellning av pigmenterat polyestermaterial - Google Patents

Description

7601212-9 10' 15 20 25 30 35 2 ställningen av den högmolekylära polyestern. Man har också före- slagit användning av pigmenterade stamblandningar, där pigmentet är dispergerat i en polymergrundmassa, som eventuellt kan vara samma polyester som den stamblandningen skall sättas till. Då man arbetar med en stamblandning, tillsättes den vanligen vid eller mot slutet av polyesterframställningen, d.v.s. vid eller mot slutet av kon- densationsreaktionen. Nackdelarna med sådana lösningar är huvud- sakligen av ekonomisk natur. I processer, där man använder upp- slamningar av pigment i glykol, medför tillsatsen av disperger- medel för att undgä agglomerering av de fina pigmentkornen extra kostnader för slutprodukten och kan dessutom förändra den färdiga produktens egenskaper. I processer, där man använder pigmenterade stamblandningar, innebär beredningen av polyestergrundmassan inte bara extra kostnader utan också ett extra tillverkningsmoment.

Uppfinningen avser en förbättrad metod för pigmen- tering av högmolekylära linjära polyestrar härrörande från fria dikarbonsyror och glykoler under användning av en glykoluppslamning av pigmentet, där uppslamningen tillsättes när polyestern fram- ställs, varvid agglomerering av det finfördelade pigmentet väsent- ligen elimineras, så att man får en jämn och homogen dispersion av finfördelat pigment i polyestern utan behov av dispergermedel och utan kostnadskrävande beredning av pigmenterade stamblandningar.

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för pigmentering av högmolekylära linjära polyestrar framställda genom omsättning av en blandning av en fri dikarbonsyra och en glykol av typen HO(CH2)nOH, där n är ett heltal inom området 2 till 10, i ett lösningsmedel, som består av förut framställd smält låg- molekylär polyester härrörande från samma fria syra och glykol som den under framställning varande polyestern och har en medel- molekylvikt inom området 300 till 2000, vid en temperatur från omkring lösningsmedlets smältpunkt till omkring 300°C och vid ett tryck inom omrâdet 1,4 till 70 kp/cm2 ö.,avdrivning av det vid reaktionen bildade vattnet med sådan hastighet att trycket för- blir konstant inom det angivna området, tillsättning av en kondensa- tionspolymerisationskatalysator samt värmning och omsättning av blandningen vid en temperatur inom området 265oC till 280°C vid ett tryck av omkring lnmlflgeller mindre, tills man får en högmolekylär linjär polyester ned en gränsviskositet av minst 0,U dl/g, varvid 10 15 20 25 30 35 7601212-9 3 man under framställningen av den högmolukylära linjära pnlyestern tillsätter en uppslamning av ett pigment av samma glykol som an- vändes vid framställningen av den linjära polyestern. Förfarandet utmärkes av att man värmer glykoluppslamningen av pigmentet till en temperatur inom området från omkring 9000 till omkring 10 till 2°C under glykolens kokpunkt och sätter den värmda glykolupp- slamningen av pigmentet till reaktionsblandningen av den fria dikarbonsyran, glykolen och det av lågmolekylär linjär polyester bestående lösningsmedlet, när blandningens temperatur är inom området 210°C till 240°C och trycket inom omrâdet 1,5 till 5,0 kp/cmz övertryck. Uttrycket "polyester" omfattar här såväl homopolyestrar som sampolyestrar. Med "högmolekylär" avses en polyester med en gränsviskositet av minst O,H dl/g och företrädesvis 0,6 dl/g mätt i ett lösningsmedel av 60 delar fenol och H0 delar tetrakloretan vid ao°c.

Det ovan angivna förfarandet, som förbättras genom föreliggande uppfinning, kan utföras satsvis eller kontinuerligt.

När processen utförs satsvis, är viktförhållandet förframställd lågmolekylär polyester som lösningsmedel till hela satsen (syra och glykoltillsats) inom området från omkring 30/70 till 60/H0.

Vanligen används förhållandet 50/50. I vissa kontinuerliga processer kan förhållandet vara så högt som 98/2 eller mer. Det är lämpligast att köra processen kontinuerligt. När man genomför förfarandet kontinuerligt, sätter man den fria dikarbonsyran och glykolen kontinuerligt till den som lösningsmedel tjänande för- framställda lägmolekylära polyestern av samma syra och glykol samt avdrar kontinuerligt en lägmolekylär polyester som förpolymer- produkt i en takt i huvudsak svarande mot den kontinuerliga tillsätt- ningen av syra och glykol. Den kontinuerligt uttagna lågmolekylära förpolymeren överföres kontinuerligt till en polymerisations- apparat och polymeriseras till högmolekylärt harts, som kontinu- erligt tages ut ur polymerisationskärlet i ungefär samma takt som den lågmolekylära polyesterförpolymeren införes däri.

Förfarandet kan genomföras inom ett brett temperatur- område. Den temperatur, som används vid förestringen av dikarbon- syran med glykolen, bör vara minst lika med den förframställda låg- molekylära polyestorns smältpunkt, men icke så hög att lösnings- mud]~| uöndvrd~Juu i någon högra grad vilket nkullw försämra 10 15 20 25 30 35 7601212-9 4 slutproduktens egenskaper. Temperaturen kan alltså variera från omkring 150°C till omkring 300°C och ligger företrädesvis mellan omkring 22000 och 26000. Den temperatur, som används vid poly- kondensering eller polymerisering av den lägmolekylära poly- esterprodukten från förestringen kan ligga mellan 260°C till 290°C, man kan också begagna andra temperaturer enligt känd teknik.

Trycket vid förestringen av dikarbonsyran med glykolen kan liksom temperaturerna variera inom ett brett område. De tryck, som används i detta processteg, kan variera från omkring 1,0 till 70~ kp/cmz övertryck och företrädesvis från 1,H till 7,0 kp/cm2.

Kondenserings- eller polymeriseringssteget utförs vid nedsatt tryck, generellt under 10 mg Hg och vanligen vid eller under 1 mm Hg.

Jämte ovannämnda tryck- och temperaturbetingelser för kondenserings- eller polymeriseringssteget i processen måste man också ha en lämplig polymerisationskatalysator.

Lämpliga polymerisationskatalysatorer är alla konven- tionella katalysatorer för polykondensation av estrar, inklusive antimontrioxíd, zinkborat, blyglete, blyacetat och magnesiumoxid.

Det behövs ingen katalysator för den inledande förestringen, men man kan eventuellt ha sådana katalysatorer som zinkacetat, mangan~ acetat och alkalimetallalkoholater. Dessutom kan man använda alkali- metallsalter, såsom natriumacetat, som stabilisatorer. Reaktionen utföres företrädesvis i frånvaro av syre på konventionellt sätt.

Den smälta lågmolekylära förpolyestern som från början användes som lösningsmedel i förestringsreaktionen kännetecknas av en.artalmedelmolekylvikt av från omkring 300 till 2000. Den kan ha samma talmedelmolekylvikt som slutprodukten vid förest- ringen eller annan medelmolekylvikt, d.v.s. den kan ha högre eller lägre medelmolekylvikt, eftersom slutproduktens medelmolekylvíkt från förestringen regleras av de till systemet satta mängderna dikarbonsyra och glykol och deras förhållande. Den som lösnings- medel använda smälta lågmolekylära polyestern består av enheter av samma syra och glykol som omsätts i blandning med det smälta lågmolekylära polyesterlösningsmedlet. Om man exempelvis vill framställa pigmenterat polyetylentereftalat, skall polyesterlös- ningsmedlet också bestå av tereftalsyra- och etylenglykolenheter.

Det första smälta lågmolekylära förpolyesterlösningsmedlet kan framställas genom polymerisering av bisglykolestern eller genom någon annan välkänd och lämplig metod. > 10 15 20 25 35 '7601212-'9 5 Som anges ovan, kan högmolekylära linjära polyestrar framställda med ovannämnda förfarande pigmenteras antingen med glykol- uppslamninar av pigment, pigmenterade stamblandningar eller glykol- uppslamningar av pigment, innehållande dispergeringsmedel. Dessa metoder ger emellertid vanligen produkter som kännetecknas av ojämna och icke homogena dispersioner av pigmentkorn, har visat sig ekonomiskt misslyckade eller resulterar i produkter med sämre fysi- kaliska egenskaper. Genom att tillämpa föreliggande uppfinning kan man undanröja dessa olägenheter, vilket framgår av nedanstående exempel. I exemplen avser "del" och "procent" viktdel och vikt- procent såvida ej annat anges.

Exempel 1 A. framställning av pigmentuppslamning En blandning av 50 delar titandioxid (TiO2) och 50 delar etylenglykol sandmaldes, och den erhållna dispersionen filtrerades genom ett filter om 5 um före användningen.

B. Framställning av lågmolekylärt polyesterlösningsmedel I ett mantlat reaktionskärl av rostfritt stål, försett med omrörare, ängutsläpp, kväveintag och gasutlopp infördes 129,9 de- lar tereftalsyra och 52,3 delar etylenglykol. Därefter spolades reaktorn med kväve, och gasutloppet stängdes. Därefter igångsattes omröring och värmning av reaktionsblandningen under kväveatmosfär, 2,4 kp/cm2 övertryck. Reaktionen var slutförd,när 28,1 delar bi- produktvatten hade destillerats av. Den totala reaktionstiden var mellan H och 5 timmar, och temperaturen i det smälta lågmolekylära polyetylentereftalatet, var omkring 2700C, när reaktionen var slutförd.

C. Framställning av pigmenterat polyetylentereftalat Till det ovannämnda smälta lågmolekylära polyetylen- tereftalatet sattes 86,6 delar tereftalsvra, 35,5 delar ctylcn- glykol, 0,015 del natrium (som natriumacetat) och 0,00U del fosfor (som trietylendifosfit). Efter tillsatsen av dessa komponenter och inblandning av dem i det lågmolekylära lösningsmedlet sjönk blandningens temperatur till omkring 21700. Därvid höjdes trycket i reaktionskärlet från 2,U kp/cm? till 5,0 kp/cmz med kvävgas.

Så snart trycket i reaktionskärlet hade nått 5,0 kp/cmz, sattes 0,25 del av den sandmalda och filtrerade etylenglykolsuspensionen av titandioxid enligt ovan till reaktionen under kväveatmosfär. 7601212-9 10 15 20 25 30 35 8 Före tillsatsen värmdes uppslamningen till en temperatur av omkring 16200. Efter tillsatsen av uppslamningen sänktes trycket till 2,4 kp/cmz och förestringen av tereftalsyran började.

När 18,75 delar biproduktsvatten hade uppsamlats och reaktions- blandningen nått en temperatur av 27000, överfördes 40 % av blandningen i reaktionskärlet till ett andra reaktionskärl.

Omedelbart efter det att denna överföring hade skett, sattes 0,195 del antimon (som antimonglykolat) till reaktions- blandningen och trycket i kärlet sänktes från atmosfärtryck till omkring 5,0 mm Hg. Det tog 115 minuter att komma ner till ett tryck av 5,0 mm Hg. Under summa líd höidvu du! pnlymvríswvande polyetylentereftalatets temperatur från omkring QBUOC till omkring 27200. Därefter överfördes det polymeriserande polyetylentere- ftalatet till ett tredje reaktionskärl, där trycket sänktes till omkring 0,2 mm Hg och temperaturen i polymerisationsmassan steg till omkring 28000. Under den tiden avlägsnades biproduktsetylen- glykol kontinuerligt, och efter 115 minuter erhölls pigmenterat polyetylentereftalat med önskad gränsviskositet. Därefter sträng- sprutades den smälta polyester från det tredje reaktionskärlet, kyldes och formades till tabletter. Produkten var jämnt matterad och visade utmärkt pigmentdispersion. Mikroskopundersökning av ett 0,05 g prov av den matterade polyestern visade, att det fanns ett TiO?-korn av storleken 10 till 20 um och inga korn av stor- leken 26 till 100 pm eller stör-re. i Exempel 2 Jämförelseförsök Man gjorde ett andra pigmenterat polyetylentereftalat- prov med samma mängder av reaktanter och tillsatser och så nära som möjligt samma tryck- och temperaturbetingelser som i exempel 1. Förfarandet genomfördes på samma sätt som i exempel 1 med den enda skillnaden att TiO2/glykolsuspensionen inte värmdes innan den sattes till reaktionsmassan. Den färdiga produkten var enligt partíkelräkning sämre dispergerad än den produkt som erhölls i exempel 1. Vid mikroskopisk undersökning fann man i ett 0,05 g prov av produkten framställd i det andra exemplet 6 korn av storleken 10 till 100 um, medan tvâ tredjedelar av kornen var av storleken 20 till 100 pm. 10 20 25 30 35 7601212-'9 Exempel 3 Jämförelseexempel Ett tredje pigmenterat po1yetylcnterefLalatprovfnmmtähflon på samma sätt som i exempel 1 med den ändringen att i detta fall trycket i reaktionskärlet sänktes från 2,H kp/cm2 till atmosfär- tryck, den värmda Ti02/glykolsuspensionen tillsattes och trycket i kärlet Omedelbart höjdes till 2,0 kp/cm2. Vid mikroskopunder- sökning av ett 0,05 g prov av polyestern fann man 10 korn av stor- leken 10 till 100 um och en tiondel av dem\mm 20 till 100 um.

Exempel H Jämförelseexempel Pâ samma sätt som i exempel 1 bereddes ett fjärde pigmenïeraï polyetylentereftalatprovrmfl àflxändfinåefl afï 1 deïïä fall TÅO2/glykolnuspensionon inte värmdes och suspensíonen till- sattes efter det att trycket i reaktionskärlet hade sänklu från 2,U kp/cm? till atmosfärtryck. Efter tillsatsen av suspensionen åter- ställdes trycket i reaktionskärlet til] 2,0 kp/cm? och reaktionen fullföljdes som i exempel 1.

Undersökning av 0,05 g prov av denna polyester visade att det fanns 16 pigmentkorn av storleken 10 till 100 um och en fjärdedel av kornen hade storleken 20 till 100 um.

Tabellen nedan är en sammanställning.av resultaten i de ovanstående exemplen.

Tryck i Temp. i Pigmentpartikelantal reaktorn Ti02-sus- då TiO pensionen Exempel tillsäites vid till- " kp/cm ö. satsen 10-100 20-100 100 oc um um um 1 5,0 162 1 0 0 2 5,0 ~ rumstemp. 6 H 0 3 0 145 10 1 0 H 0 rumstemp. 16 H 0 Härav framgår, att det är viktigt att värma pig- ment-glykolsuspensionen innan den sättes till de ingående poly- esterbildande reaktanterna och likaså att temperatur- och tryck- förhållandena i reaktionskärlet när suspensionen tillsättes är avgörande. Det framgår klart av exemplen, att man kan åstadkomma 760121219 10 15 20 25 30 8 jämn och homogen dispersion av pigmentet i polyetylentereftalatet genom att tillämpa föreliggande uppfinning. Om något av de tre väsentliga villkoren inte uppfylles, erhålles en inhomogen disper- sion, och detta framgår också av exemplen.

Uppfinningen belyses ovan speciellt i avseende på användning av tereftalsyra och etylenglykol som reaktanter. Den kan också användas för framställning av polyestrar av andra syror och andra glykoler. I stället för tereftalsyra och etylenglykol kan andra syror och andra glykoler användas.

Uppfinningen kan tillämpas vid framställning av poly- estrar och sampolyestrar av olika dikarbonsyror och olika glykoler.

Exempel på användbara syror är aromatiska dikarbonsyror, såsom isoftalsyra, ortoftalsyra, p,p'-difenyldikarbonsyra och 2,6-naftal- syra, cykloalifatiska dikarbonsyror, såsom hexahydrotereftalsyra, och mättade alifatiska dikarbonsyror med 4 - 10 kolatomer, såsom bärnstenssyra, adipinsyra och sebacinsyra. Polyestrar av andra glykoler kan framställas på motsvarande sätt. Exempel på sådana glykoler är polymetylenglykoler av typen HO(CH2)nOH, där n är ett heltal inom området 2 till 10, såsom etylenglykol, propylenglykol, tetrametylenglykol, hexametylenglykol och dekametylenglykol, cyklohexandioler såsom cyklohexandimetanol, aromatiska dioler, såsom di(ß-hydroxietoxi)bensen och 2,2-bisifi-(B~hydroxietoxi)- fenyljpropan och motsvarande varianter av glykoler. Uppfinningen kan användas vid framställning av sampolyestrar genom omsättning av en eller flera syror med en eller flera glykoler.

Uppfinningen lämpar sig särskilt för framställning av sampolyestrar av tereftalsyra såsom sampolyestrar av etylen- tereftalat och -isoftalat innehållande tereftalsyra som huvuddel i syrakomponenten såsom sampolyestrar 90/10, 80/20, 70/30 och 60/40, d.v.s. sampolyestrar, som innehåller 90 till 60 molprocent tereftalsyra, räknat på totala syrakomponenten, och 10 till 40 mol- procent isoftalsyra, räknat på totala syrakomponenten.

Claims (3)

7601212-9 9 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av en jämnt pig- menterad polyester genom omsättning av åtminstone en di- karbonsyra och åtminstone en glykol i blandning med ett av en förframställd polyester med en molekylvikt inom om- rådet 300 - 2 000 bestående lösningsmedel i ett reaktions- kärl vid en temperatur inom området från lösningsmedlets smältpunkt till 30000 och vid ett tryck inom området 1,4 - 70 kp/cm2 Ö., avdrivning av det vid reaktionen bildade vattnet i sådan takt, att trycket förblir konstant inom det angivna området, tillsats av en kondensations- katalysator och värmning och omsättning av blandningen vid en temperatur inom området 265 - 28000 och ett tryck av högst ca 1 mm Hg, tills en högmolekylär polyester med en gränsviskositet av minst 0,4 dl/g har bildats, samt till- sats av en uppslamning av ett pigment i en glykol till blandningen under loppet av den angivna processen, k ä n - n e t e c k n a t av att man värmer den nämnda uppslam- ningen till en temperatur inom området från ca 90°C till 1 - 2°C under uppslamningens kokpunkt och sätter den värmda uppslamningen till reaktionsblandningen av dikarbonsyra och glykol i det av förframställd polyester bestående lös- ningsmedlet, när reaktionsblandningens temperatur är inom området 210 - ZUOOC och trycket i reaktíonskärlet är inom området 1,U - 5 kp/cmz övertryck.

2. Förfarnnde enligt patontkrnvet 1, k ä n n e t e c k- n a t av att dikarbonsyrm1är en aromatisk dikarbonsyru, en blandning av aromatiska dikarbonsyror eller en blandning av aromatiska dikarbonsyror och mättade alifatiska dikarbon- syror med H - 10 kolatomer och glykolen är en glykol av formeln HO(CH2)n0H, där n är ett heltá.ínom området 2 - 10, eller en cyklohexandiol.

3. Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k- n a t av att dikarbonsyran är tereftalsyra och glykolen är etylenglykol. H. Pörfarande enligt något av patentkraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t av att pígmentet är titandioxid. ÅNFÖRDÅ PUBLIKÅTIÛNER2 Norge 115 419 (C086 63/22)